TWI300495B - - Google Patents

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1300495 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及具有進行自動調焦的攝影光學系統的光學 裝置，尤其涉及一種通過使透鏡按照特定的階躍（step ) * 位置移動來進行自動調焦的光學裝置。 【先前技術】 • 一直以來，作爲照相機等光學裝置中的自動調焦方式 ，公知的有所謂的對比度（contrast )方式。該方式是通 過攝像元件對被攝體進行攝像，利用該攝像元件的特定區 域內的攝像信號來決定合焦位置，並通過找出與特定區域 的對比度對應的焦點評價値成爲峰値的位置，來檢測出合 焦位置。 爲了自動調焦，通過步進馬達使用於在攝像元件成像 的透鏡沿光軸移動，通過所謂的爬升控制方法（Hill # Climbing Method)找出焦點評價値成爲峰値的位置。爬升 控制是在使透鏡沿光軸移動的同時，按各個特定的階躍位 置來運算焦點評價値，從中找出成爲峰値位置的階躍位置 。作爲通過這樣的方法進行自動調焦的光學裝置，例如有 專利文獻1和專利文獻2中所舉出的裝置。 [專利文獻1 ]日本特開2 0 0 3 - 3 0 7 6 6 9號公報 [專利文獻2]日本特開2003 - 315665號公報 【發明內容】 -5- (2) 1300495 [發，所欲解決之課題] 在現有的自動調焦中，通過儘量細微地選定使透鏡移 動的階躍位置，提高了調焦精度。圖8表示現有光學裝置 中的爬升控制的級數。該圖的橫軸表示階躍位置，縱軸表 示焦點評價値，階躍位置從〇號到3 4號爲止被分割成3 5 份，26號位置爲峰値位置。 如圖8所示，首先，對階躍位置的每5號求取焦點評 φ 價値。到第5級爲止焦點評價値增加，在第6級中焦點評 價値減少。由此，這時可以知道從第4級的20號到第6 級的3 0號之間存在峰値。因此，第7級再次返回第4級 的20號位置，以後對每2號求取焦點評價値。 於是，由於到第1 〇級爲止焦點評價値增加，在第1 1 級中焦點評價値減少，所以，在第1 2級處返回到第1 0級 的26號位置而確定峰値。這樣，在階躍位置分割成35份 的情況下，最大需要1 2級。 φ 如果爲了提高調焦精度，而將階躍位置的分割數細微 化，則會因此使得用於找出焦點評價値峰値的級數增多， 爲了決定透鏡位置的控制需要時間，由此導致反應性變差

本發明鑒於上述課題，其目的在於提供一種能夠減少 自動調焦控制所花費的時間的光學裝置。 [用以解決課題之手段] 爲了解決上述課題，本發明所涉及的光學裝置具備： -6- (3) 1300495 ί萌像兀件’接收合焦透鏡的透過光並輸出攝像信號；運算 手段’基於來自該攝像元件的攝像信號運算出隨著上述合 焦透鏡的調焦狀態而變化的焦點評價値；和驅動手段，根 據該運算手段所運算出的焦點評價値，使上述合焦透鏡移 動到光軸方向的特定階躍位置，其特徵在於， 上述合焦透鏡具有在各階躍位置中分別設定在景深範 圍內的合焦距離範圍，由上述驅動手段完成的合焦透鏡的 φ 階躍位置’以該階躍位置中的合焦透鏡的合焦距離範圍與 離開2級的階躍位置中的合焦透鏡的合焦距離範圍不重複 的方式，進行設定。 另外’本發明所涉及的光學裝置，其特徵在於，由上 述驅動手段完成的合焦透鏡的階躍位置，按照該階躍位置 中的合焦透鏡的合焦距離範圍與鄰接的階躍位置中合焦透 鏡的合焦距離範圍以1 0 %以下的範圍重複的方式，進行設 定。 # 並且，本發明所涉及的光學裝置，其特徵在於，上述 合焦透鏡所具有的合焦距離範圍，包括前景深範圍和後景 深範圍這兩方。 [發明之效果] 根據本發明涉及的光學裝置，通過將合焦透鏡的階躍 位置以該階躍位置中的合焦透鏡的合焦距離範圍與離開2 級的階躍位置中的合焦透鏡的合焦距離範圍不重複的方式 進行設定，藉由減少景深範圍的重複，所以，能夠以較少 (4) 1300495 的階躍位置涵蓋（cover )所期望的合焦距離範圍，由此 ，能夠減少自動調焦控制所花費的時間。 而且，根據本發明所涉及的光學裝置，通過將合焦透 _的階躍位置按照該階躍位置中之合焦透鏡的合焦距離範 圍與鄰接之階躍位置中合焦透鏡的合焦距離範圍以1 〇 %以 下的範圍重複的方式進行設定，由於能夠減少各階躍位置 中的合焦距離範圍的重複，所以，能夠以更少的階躍位置 φ 覆蓋所期望的合焦距離範圍。 【實施方式】 參照附圖對本發明的實施方式詳細進行說明。圖1是 本實施方式的光學裝置的構成圖。如該圖所示，本實施方 式中的光學裝置以通過攝像元件2接收來自合焦透鏡1的 透過光的方式而構成。攝像元件2是光電轉換元件，用於 輸出與光接收面2a上所成像的被攝體5的像之光強度對 應的電性訊號，其由CCD與CMOS感測器構成。 而且，合焦透鏡1通過驅動手段3可在光軸6的方向 自由移動。並且，在攝像元件2中設置有運算手段4，該 運算手段4基於攝像信號運算出隨著合焦透鏡1的調焦狀 態而變化的焦點評價値。驅動手段3基於運算手段4所運 算的焦點評價値使合焦透鏡1沿光軸方向移動，其由步進 馬達構成。 驅動手段3在可移動範圍內設定多個階躍位置，合焦 透鏡1通過驅動手段3可被配置在任何一個階躍位置。攝 -8- (5) 1300495 像元件2在合焦透鏡1每次移動階躍位置時對被攝體5進 行攝像’並將特定區域內的攝像信號發送到運算手段4。 接收了攝像信號的運算手段4，基於對比度法運算焦點評 價値。 驅動手段3進而使合焦透鏡1移動到由運算手段4運 算出的焦點評價値成釋峰値的階躍位置。作爲用於此目的 的控制方法利用所謂的爬升控制。對於該控制將在後面進 φ 行敍述。 圖2表示合焦透鏡1與攝像元件2的距離（R )相對 合焦透鏡1與被攝體的距離（L )的關係。如果將合焦透 鏡1的焦距設爲f，則L和R之間滿足（1 / L ) + ( 1 / R ) = 1 / f的關係。在此，如果本實施方式的合焦透 鏡1的焦距f是4.7 1 mm，則L和R成爲圖2所示那樣的 關係。這裏，按照在該圖所不的範圍中L從0 · 1 m到無限 遠的範圍能夠合焦的方式，使合焦透鏡1移動。 • 圖3表示在階躍（step )位置分割成3 5份時的階躍位 置和合焦距離（A )之間的關係。通過使階躍位置變化， 使得合焦透鏡1和攝像元件2的距離（R )變化，伴隨於 此A也變化。 這裏，在攝像元件2中，能夠成像的合焦距離因景深 而位於一定的範圍。圖3所示的合焦距離，是用於使要攝 影的被攝體的1點在攝像元件2中成像爲1點的距離。在 到被攝體爲止的距離比此長的情況下，由於成像位置與攝 像元件2相比位於後方，所以，在攝像元件2上成爲具有 -9- (6) 1300495 一定大小的圓。另外’在到被攝體爲止的距離較短的情況 下，由於成像位置與攝像元件2相比位於前方，所以，也 在攝像元件2上成爲具有一定大小的圓。但是實際上，即 使在攝像元件2中成像的大小比1點大，藉由畫素具有一 定的大小等，也能夠使到被攝體爲止的距離之特定範圍作 爲景ί朵而成爲合焦的允許範圍。 景深具有：到被攝體爲止的距離比圖3所示距離短時 的前景深（Lf)、和比圖3所示的距離長時的後景深（Lr )’二者分別由以下各式表示。這裏，L是到被攝體爲止 的距離，F是透鏡的光圈値，f是透鏡的焦距，（5是攝像 元件2上的成像圓的大小的允許範圍，即允許彌散圓直徑 【公式1】 【公式2】

R25F

Lf:_f、RSF

R25F

Lf"Jr^RSF 圖4表示階躍位置和通過這些公式計算出的景深之間 的關係。在本實施方式中，透鏡的光圈値設定爲2.8 ’透 鏡的焦距設定爲4 · 7 1 m m，允許彌散圓直徑設定爲7 μ m。 如圖4所示，各階躍位置的景深與鄰接的階躍位置的景深 有相當部分重複。而且，遠離兩級至三級的階越位置的景 深也重複。如上所述，由於景深的範圍是合焦的允許範圍 -10- (7) 1300495 ，所以，在景深重複的範圍中，重複的其他的階躍位置也 處於合焦狀態。 例如，階躍位置1號的景深範圍與階躍位置〇號和階 躍位置2號以及階躍位置3號的景深範圍，在圖4的影線 所示範圍內重複，由階躍位置0號和階躍位置3號的景深 範圍可覆蓋全部。另外，階躍位置2號的景深範圍，也可 由階躍位置〇號和階躍位置3號的景深範圍覆蓋全部。因 • 此，即使沒有階躍位置1號和階躍位置2號，通過階躍位 置〇號或階躍位置3號也能夠對這些範圍進行合焦。 這樣，通過對特定的合焦距離範圍求取景深的範圔， 減少各階躍位置中景深的重複範圍，並且以沒有不包括在 任意階躍位置的景深範圍的區域的方式，即通過覆蓋全部 特定範圍的方式來設定階躍位置，能夠以最低限的階躍位 置進行橫跨特定範圍的合焦。 圖5表示對從0.1mm到100m爲止的合焦距離範圍設 • 定的階躍位置。取該圖的橫軸爲合焦透鏡1和攝像元件2 的距離。圖中的2根虛線之間是景深的範圍，對從〇 . 1 mm 到1 00m的合焦距離範圍，如果以全部能夠覆蓋的方式設 定階躍位置，則如圖所示，決定了 5個位置。在該例中， 以各階躍位置中的景深近似不重複的方式進行設定，但是 也可以以重複1 〇 %左右的方式進行設定。無論是哪一種方 式，都以相對某個階躍位置的景深離開2級的階躍位置中 的景深不重複的方式來設定階躍位置。 通過對合焦透鏡1設定這5個階躍位置，對從0.1 mm -11 - (8) 1300495 至1 00m的合焦距離範圍來說，由於5個階躍位置的任何 一個包括在景深範圍內，所以可以合焦。另外，對焦距 1 0 0m以上的範圍來說，由於如圖2所示那樣合焦透鏡1 和攝像元件2的距離幾乎不變，所以，通過利用覆蓋合焦 距離最長部分的階躍位置，能夠獲得大致合焦的狀態。 接著，對用於進行合焦的爬升控制進行說明。圖6表 示本實施方式的光學裝置中的爬升控制的級數。如圖所示 ，在本實施方式的光學裝置中，合焦透鏡1的階躍位置如 上述那樣設定爲5處，從階躍位置1號順次求取焦點評價 値。在該例中，到第4級爲止焦點評價値增加，在第5級 處焦點評價値減少。因此，由於知道峰値位於第4級處， 所以，再次返回到階躍位置4號，結束控制。即，這時係 以6步驟進行調焦。 在圖6的示例中，表示了在階躍位置4號處具有峰値 的情況，但是在此之外的位置存在峰値的情況下能夠以更 少的步驟進行調焦。即，在本例中，能夠最大以6步驟進 行調焦。在圖8所示的現有光學裝置的例子中，將階躍位 虞設定爲3 5處來進行爬升控制，但是這時最大需要1 2步 驟。這樣，通過考慮景深來將階躍位置設定爲最低限的個 數，能夠減少用於調焦的步驟數，由此，能夠減少自動調 焦所花費的時間。 關於計算景深時的允許彌散圓直徑，能夠根據構成攝 像元件2的畫素大小來進行設定，通過將允許彌散圓直徑 設定爲特定値，也決定了階躍位置的設定。在此前說明的 -12- (9) 1300495 例子中，允許彌散圓直徑設爲7 μηι，下面，將對允許彌散 圓直徑設爲1 5 μηι時的階躍位置的設定進行說明。圖7表 示將允許彌散圓直徑設爲1 5 μηι時的合焦透鏡1和攝像元 件2的距離與合焦距離之間的關係。 圖7所示的2根虛線之間是景深範圍，對從0· 1 mm至 1 0 0m的合焦距離範圍來說，如果以全部能夠覆蓋的方式 設定階躍位置，則如圖所示那樣決定3個位置。這樣，如 φ 果在構成攝像元件2的畫素大的情況下增大允許彌散圓直 徑，則相對於一個階躍位置的景深範圍擴大，從而能夠藉 由更少的階躍位置覆蓋合焦距離的特定範圍。 至此對本發明的實施方式進行了說明，但是，本發明 的運用不限於該實施方式，在其技術思想的範圍內能以各 種方式進行運用。 【圖式簡單說明】 Φ 圖1是本實施方式中的光學裝置的構成圖。 圖2是表示合焦透鏡與攝像元件的距離（R )相對合 焦透鏡與被攝體的距離（L )的關係圖。 圖3是表示在階躍（step )位置分割成3 5份時的階躍 位置和調焦距離（A )的關係圖。 圖4是表不階躍位置和景深之間的關係的圖。 圖5是表示合焦透鏡和攝像元件的距離與調焦距離之 間的關係圖。 圖6是表不本實施方式的光學裝置中的爬升控制的級 -13- (10) 1300495 數的圖。 圖 7 是表示在允許彌散圓（Permissible circle of con fusion)直徑的設定値不同時的合焦透鏡和攝像元件的 距離與調焦距離之間的關係圖。 圖8是表示現有光學裝置中的爬升控制的級數的圖。 【主要元件符號說明】 • 1 ··合焦透鏡 2 :攝像元件 3 :驅動手段 4 :運算手段 -14-

Claims (1)

1. (1) 1300495 十、申請專利範圍 1 · 一種光學裝置，具備：攝像元件，接收合焦透鏡的 透過光並輸出攝像信號；運算手段，基於來自該攝像元件 的攝像信號運算出隨著上述合焦透鏡的調焦狀態而變化的 焦點評價値；和驅動手段，根據該運算手段所運算出的焦 點評價値，使上述合焦透鏡移動到光軸方向的特定階躍位 置，其特徵爲： # 上述合焦透鏡具有在各階躍位置中分別設定在景深範 圍內的合焦距離範圍，由上述驅動手段完成的合焦透鏡的 階躍位置，以該階躍位置中的合焦透鏡的合焦距離範圍與 離開2級的階躍位置中的合焦透鏡的合焦距離範圍不重複 的方式，進行設定。 2 ·如申請專利範圍第1項所記載的光學裝置，其中， 由上述驅動手段完成的合焦透鏡的階躍位置，按照該 階躍位置中的合焦透鏡的合焦距離範圍與鄰接的階躍位置 φ 中的合焦透鏡的合焦距離範圍以1 0 %以下的範圍重複的方 式，進行設定。 3 ·如申請專利範圍第1或2項的光學裝置，其中， 上述合焦透鏡所具有的合焦距離範圍，包括前景深的 範圔和後景深的範圍這兩方。 -15-